水性鋼結構防火涂料的研究

殷錦捷,王艷榮,許 明

(銀川能源學院,寧夏銀川 750105)

水性鋼結構防火涂料的研究

殷錦捷,王艷榮,許 明

(銀川能源學院,寧夏銀川 750105)

介紹了我國近年來發(fā)生的特大火災,介紹了鋼結構防火涂料的重要性、分類及防火原理,對國內外鋼結構防火涂料的研究現(xiàn)狀進行了論述,探討了鋼結構防火涂料的發(fā)展方向。

鋼結構,水性,防火涂料

1 概述

盤點2014～2015年我國發(fā)生的特大火災,這些火災很多是由于鋼結構的耐火性差引起的。例如,2014年1月14日下午14時52分,浙江省臺州市溫嶺市城北街道楊家渭村臺州大東鞋廠發(fā)生火災,過火面積達到800多平方米,初步確認,有16人死亡。2014年3月26日13時20分,位于揭陽普寧市軍埠鎮(zhèn)蓮壇村沙堆自然村水浮溝下第二街泉發(fā)樓鄭曉生等人經(jīng)營的內衣作坊發(fā)生重大火災事故,造成12人死亡,5人受傷,過火面積208平方米,直接經(jīng)濟損失390.93萬元。由此,鋼材料的耐火性能必須引起高度的重視。

1.1 鋼結構材料的優(yōu)缺點

隨著我國科技經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高,人們對居住環(huán)境的要求越來越高,從而促進建筑行業(yè)的迅速發(fā)展。鋼結構具有質量輕、強度高、塑性韌性好、內部組織比較均勻、制造簡便、氣密性水密性好以及耐熱性好等優(yōu)點,使得其在現(xiàn)代建筑中尤其是大空間建筑如體育館、歌劇院、高層建筑等得到了廣泛應用。但是,鋼結構材料雖然本身屬于不燃燒材料,但其極易導熱,耐火性能比混凝土結構和磚石結構要差得多?？茖W實驗研究表明,沒有防火保護的鋼結構材料在高溫下會迅速失去強度而變形,當受熱溫度高到250℃以上后,鋼結構材料的強度會下降很快；當溫度達到350℃時,其強度會下降1/3；而當受熱溫度高達600℃以上時,會使其強度降低2/3。而一般火場溫度高達700℃,在這時只需十幾分鐘就會使得其自身的溫度升高到540℃,從而使得鋼材的機械力學性能,如抗壓強度、屈服點、載荷能力以及彈性模量都快速地降低,當受熱溫度達到600℃時,鋼材的強度幾乎降低為零,從而使得建筑坍塌[1]。

火災中鋼結構有如下的特點[2]：

(1)難撲救：鋼結構在火災中極易坍塌并且速度極快,及時撲救的機會很小。

(2)損失嚴重：不論是民用建筑還是工業(yè)建筑,一旦發(fā)生火災會造成嚴重的經(jīng)濟損失和慘重的人員傷亡。

(3)損壞的建筑物難修復：鋼材不像混凝土材料受損容易修復后再使用。

1.2 鋼結構防火舉措[3]

(1)在空心鋼結構內充冷水,并使其形成循環(huán)水,在火災時使得鋼結構能夠保持降低的溫度。

(2)包封法,即將鋼結構包封在隔熱、絕熱等耐火材料中,在火災中阻隔火焰直接和鋼結構接觸,降低鋼結構的溫度,延長升溫速度。

(3)屏蔽法,即將鋼結構屏蔽在耐火材料組成的物體中,將火焰和鋼結構材料直接隔絕開。

(4)噴涂法,將防火材料噴涂在鋼結構表面,利用防火涂料本身的難燃性或是形成膨脹隔層將鋼結構保護在內,延緩鋼結構升溫速度。

1.3 防火涂料

防火涂料(fire-retardant coating),又名防火漆、阻燃涂料,它在實際使用的過程中不僅可以用于裝飾基材,還擁有防銹、防腐蝕、耐鹽霧、耐酸堿以及阻燃等性能。這種涂料自身就具有難燃性甚至不燃性,在使用的過程中很難被火焰點燃,將其施用于可燃性基材表面,可以改變材料表面燃燒特性,阻滯火災迅速蔓延；或施用于建筑構件上,用以提高構件的耐火極限。因為這一特性,防火涂料得到了廣泛的應用,在火災發(fā)生的時候可以對燃燒的拓展以及燃燒情況進行阻止和延滯,為人們爭取更多的生存和搶救時間,從而為人們的人身安全以及財產(chǎn)安全提供一定的保障。

2 鋼結構防火涂料分類

鋼結構防火涂料種類繁多,按照使用場所可分為：室內防火涂料和室外防火涂料；按涂料的受熱屬性可分為：膨脹性防火涂料以及非膨脹性防火涂料；在實施中主要是按照涂層的厚度分類的,可分為：超薄型防火涂料、薄涂型防火涂料以及厚涂型防火涂料。

2.1 薄型防火涂料

基料是一些具有適合度的水性聚合物,可以與防火添加劑、阻燃劑復合體系以及耐火纖維等進行配合運用,在防火原理方面與超薄型結構相同。薄型鋼結構防火涂料在裝飾性方面比厚型防火涂料更具有優(yōu)勢,在一般情況下,它的耐火極限大概在兩個小時以內,在使用的過程中也大多是采用噴涂的方式進行施工。

2.2 超薄型防火涂料[4]

特點：在使用的過程中擁有相對較為優(yōu)越的耐火耐水性,黏結強度相對較高,具有較好的裝飾性以及流平性等。

在實際運用中,遇到火災后會出現(xiàn)緩慢膨脹的發(fā)泡現(xiàn)象,在基材表面形成一層相對較為致密以及堅硬的防火隔熱層,在耐火沖擊性方面具有極強的效果,可以對鋼材升溫的速度進行延緩,從而達到保護鋼構件的目的。

另外,超薄型鋼結構防火涂料具有超薄的特性,在一定程度上節(jié)省了工程的總費用。

2.3 厚型防火涂料

特點：在防火性能方面具有相對較高的穩(wěn)定性,適合于長期使用中。

缺點：組分顆粒相對較大,使用中往往會出現(xiàn)外觀不平整現(xiàn)象,對建筑外觀的整體美觀性造成一定程度影響,所以大多用在結構中的隱蔽工程中。

此外,在這種防火涂料的使用中,可以利用材料表面顆粒的熱導率低、密度小以及材料所具有的吸熱性等特點,為鋼材料提供保護。

3 鋼結構防火涂料的研究現(xiàn)狀

3.1 國外鋼結構防火涂料

國外對鋼結構防火涂料的研究起步較早,在20世紀60年代時,西方發(fā)達國家就開始致力于鋼結構防火涂料的研究,并取得了一定的成效。

西德以水玻璃、多孔石墨等為主要成分研制了鋼防火涂料；捷克在P-N-C體系中再加入氯乙烯聚合物從而開發(fā)研究出新型膨脹型鋼結構防火涂料；芬蘭研制出無機膨脹型鋼結構防火涂料,這種防火涂料以磷酸鹽、高爐渣等為主要成分；日本研制出丙烯酸聚氨酯鋼結構防火涂料。在20世紀90年代中期,以德國為首的市場上開始涌現(xiàn)出超薄膨脹型防火涂料,這種涂料裝飾性好、涂層薄、粒度細、施工方便,在滿足人們的高裝飾性要求的基礎上也同時能滿足鋼結構的防火要求。

3.2 國內鋼結構防火涂料

我國對于鋼結構防火涂料的研究起步比國外晚20年左右,在20世紀80年代初,國內開始研制鋼結構防火涂料。四川消防研究所在1984年首次研制出LG鋼結構防火涂料,隨后國內很多研究所致力于鋼結構防火涂料的研究。自此,我國鋼結構防火涂料的研制發(fā)展迅速,產(chǎn)品類型多樣化,由最初的厚涂型涂料發(fā)展到薄涂型、超薄型,并不斷地有相應的新產(chǎn)品涌現(xiàn)。

4 鋼結構防火涂料使用中存在的問題[5]

(1)制備標準難以把握,實際使用的構件和標準構件不能一一對應,在對實際使用構件檢測時需要相對于標準件進行準確的換算,但是換算的標準沒有統(tǒng)一規(guī)定。

(2)安全性問題,一些防火涂料的基材主要是有機樹脂,在受熱膨脹時分解出有毒氣體,對火場被困人員以及消防人員產(chǎn)生一定的危害。

(3)防火涂料的耐久性不強,涂料中加入的有機材料,例如有機胺和多元醇等,這些物質在日照、紫外線、雨雪、振動等因素的影響下逐漸分解、降解,不同程度地降低其膨脹性能、黏結性能等,使得防火涂料老化、粉化以及剝落,從而降低或失去防火性能。

(4)檢測監(jiān)督環(huán)節(jié)不完善,防火涂料完工驗收及使用期間的檢查是重要的環(huán)節(jié),這對市場經(jīng)濟和生命安全有著巨大的影響,但是一些部門對這樣的問題沒有高度的重視。

5 鋼結構防火涂料的發(fā)展方向[6-7]

(1)向著環(huán)保安全方向發(fā)展,盡量降低防火涂料的毒性,既要降低涂料受熱分解時釋放出有毒氣體,也要減少生產(chǎn)涂料和施工時所造成的環(huán)境污染,以減小對環(huán)境以及人類的傷害。

(2)提高各類防火涂料的各成分之間的協(xié)同作用,使得各組分不僅起到各自的作用還能促進其他組分的優(yōu)異性能的表現(xiàn),對于基材將耐水性、耐候性、耐酸堿性以及粘結性相結合,使阻燃劑體系的發(fā)泡性、成碳性和膨脹性達到協(xié)同的效果。

(3)發(fā)展具有復合性能的防火涂料,使得涂料朝具有環(huán)保經(jīng)濟、低有機揮發(fā)、低毒或無毒、低排放量、高防腐、高防火、高裝飾性能等方向發(fā)展。

[1] 馬洪濤.鋼結構防火涂料現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J].山東建材,2007(3)：37-41.

[2] 陳曉霞,衛(wèi)愛民,賈黎君.鋼結構防火涂料應用進展[J].安陽師范學院學報,2007(2)：140-142.

[3] 常青.鋼結構防火涂料的重要性以及功能和應用[J].江西建材,2014(15)：81.

[4] 劉學軍.水性超薄膨脹型鋼結構防火涂料的研制[D].北京：北京化工大學,2005.

[5] 耿合忠.鋼結構防火涂料研究進展與發(fā)展方向[J].消防技術與產(chǎn)品信息,2007(10)：47-48.

[6] 甘子瓊,戚天游,肖華榮.鋼結構防火涂料現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].涂料工業(yè),2004,34(3)：42-47.

[7] 鮑治宇,董延茂.膨脹阻燃技術及應用[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,2005：171-181.

Research of Water-borne Fire Retardant Coatings on Steel Structure

YIN Jin-jie,WANG Yan-rong,XU Ming

(Yinchuan Energy Institute,Yinchuan 750105,Ningxia,China)

Describes the disastrous fire occurred in China in recent years；the importance of fire retardant coatings,classification and fire retardant principle. The current research fire retardant coatings and the development direction of the fire retardant paint were discussed.

steel structure,water-borne,fire retardant coatings

TU 545